Desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica para obtenção de hidrogênio via eletrólise alcalina sob pressão reduzida
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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí
Resumo
A crescente demanda por alternativas energéticas sustentáveis torna o hidrogênio
um vetor estratégico na descarbonização de setores industriais e de transporte. Esta
dissertação propõe o desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica e
reaproveitamento entálpico do hidrogênio gerado por eletrólise alcalina sob pressão
reduzida. O sistema é composto por trocadores de calor duplo tubo em contrafluxo,
um injetor Venturi e pastilhas Peltier, modelados por diferenças finitas e correlações
empíricas. A proposta visa reduzir o consumo energético por meio do
pré-aquecimento do fluido eletrolítico (50–80 °C) e o resfriamento do hidrogênio, o
que contribui para diminuir a tensão reversível, os sobrepotenciais e aumentar a
eficiência global do processo. A modelagem foi implementada em linguagem de
programação Python, considerando variáveis como temperaturas, vazões,
geometrias e propriedades dos fluidos. A taxa de produção de hidrogênio foi obtida
com base na Lei de Faraday, e o desempenho do sistema foi avaliado por métricas
como tensão reversível, sobrepotenciais e o consumo específico de energia. A
simulação demonstrou que a integração térmica com o reaproveitamento da entalpia
do fluido eletrolítico melhora significativamente a eficiência do sistema no início do
processo, reduzindo o consumo específico e elevando a taxa de produção de
hidrogênio. O sistema se mostrou eficaz tanto em aquecimento quanto em
resfriamento, validando a seleção das pastilhas Peltier e a configuração dos
trocadores de calor. Os resultados indicam que a abordagem é funcional e
replicável, com potencial para extensão a outras geometrias e aplicações industriais.
A estratégia de reaproveitamento entálpico representa uma contribuição relevante
para o avanço de tecnologias limpas de geração de hidrogênio.
Description
Keywords
Hidrogênio, Eficiência termodinâmica, Reaproveitamento entálpico, Eletrólise otimizada
Citation
DAMASCENO, Paulo Henrique Rodrigues. Desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica para obtenção de hidrogênio via eletrólise alcalina sob pressão reduzida. Orientador: Gilvan Moreira da Paz. 2025. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Instituto Federal de
Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí, Campus Teresina Central, 2025.